CN109575349B - 增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，通过静电纺丝技术得到微‑纳尺度的植物源性蛋白纤维，然后将纤维粉碎与植物源性蛋白粉末混合，可以加入合适的致孔剂制备出植物源性蛋白纤维强化的支架，还可以对支架进行“淬火”处理，进一步提升压缩性能及拉伸性能。与现有技术相比，本发明采用液氮研磨法可以将植物源性蛋白电纺丝纤维膜研磨成粉末，而不会引入外物、破坏其结构，制备得到的植物源性蛋白纤维强化的支架最大压缩强度为12.10MPa，最大压缩模量为94.91MPa，“淬火”后的植物源性蛋白支架压缩强度提高9％‑20％，拉伸强度提高25％‑50％，弯曲强度提高9％‑40％。

Description

增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法
技术领域
本发明涉及生物医学工程领域，尤其是涉及增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法。
背景技术
骨组织工程材料多种多样，其中天然的高分子材料，如纤维素、淀粉、甲壳素及其乙酰化产物壳聚糖、多糖、蛋白质等，由于其生相容性、降解性、可塑性等优良性质而得到广泛关注。其中，植物源性蛋白材料，来源广泛，价格低廉，但是，植物源性蛋白力学性能偏低是其普遍存在的问题。
以玉米醇溶蛋白为例，玉米醇溶蛋白是玉米的主要蛋白成分之一，已有研究表明采用玉米醇溶蛋白制备的材料有很好的生物相容性、生物降解性，已被用于制备生物医用粘合剂、可食用抗湿食品包装等。同时，因其成型性好，可以通过注塑法、模压法等制备出各种形状、尺寸的支架，满足不同骨缺损部位的需求。但是，纯的玉米醇溶蛋白材料制备的支架，压缩强度只有2.5MPa左右，无法满足承重部位骨修复的需求。由此可见，提高植物源性蛋白材料的力学性能是基于玉米醇溶蛋白材料发展的重要方向之一。
经过对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号为CN1775308A，该专利将脂肪酸与玉米醇溶蛋白按比例混合，加入甘露醇致孔剂，经模压成型、加固成型，然后利用高温水滤除致孔剂后冷冻干燥而或获得具有一定力学强化和孔隙特性的支架。虽然其力学性能相对于纯的玉米醇溶蛋白支架有所提高，但其制备周期过长(至少14天)，同时，引入了的脂肪酸对该复合材料的生物相容性会有一定的影响。所以不能更好的作为提高植物源性蛋白支架的力学性能的一种方法。
植物源性蛋白力学性能增强的现有技术包括三种：1.通过添加塑化剂，如糖类、醇类、酸类等改善材料的吸水性，进而增强植物源性蛋白材料的力学性能。2.通过添加交联剂，如琥珀酸酐、琥珀酸、柠檬酸、丁子香酚及其混合物等改变材料的内部结构，进而增强其力学性能。3.共混改性法，将植物源性蛋白材料与其他材料，如天然高分子材料、聚合物复合，制备出复合材料来提高其力学强度。
上述增强植物源性蛋白材料的方法都添加了外源物质，而绝大多数外源物质的存在会影响材料的生物相容性。同时，无法同时提高材料的强度和韧性，即压缩强度、拉伸强度、弯曲强度。因此，开发出简单、节能、环境友好的方法提高植物源性蛋白材料的力学性能，使其在骨组织工程上得到更广泛的应用，则变得意义重大。
纤维强化，因其能够极大地提高材料的力学性能而被广泛应用在材料科学与工程、冶金工程、纺织学等领域。在动物源性蛋白材料中，研究表明在六氟异丙醇中，加入50％(w/v)的断裂的蚕丝蛋白纤维，其压缩强度相比于无纤维组增强了10倍左右。然而，外源物质——六氟异丙醇有一定的毒性作用，对蛋白材料的生物相容性，会有一定的影响。而在植物源性蛋白材料中，以大豆蛋白为例，为提高其力学性能，复合了植物纤维素(甘蔗纤维)作为“骨架”，通过纤维与蛋白的融合作用，复合材料的力学得到明显提高。但是，作为生物替代材料，不可吸收的植物纤维则会影响该种材料长期的生物相容性。目前，尚未有研究采用同源纤维提高植物源性蛋白材料的力学性能。同时，由于植物源性蛋白纤维本身质轻、连续，得到短尺寸的蛋白纤维也是基于同源纤维强化植物源性蛋白材料的研究难点。
除了采用同源纤维强化作用，在不采用外源物质处理之下，采用“温和”的物理方式来提高植物源性蛋白材料的力学性能亦是研究重点所在。广义上的淬火是将材料置于高温中处理一段时间，然后立即转移到空气或低温水浴中，从而使材料的结构发生改变。在金属材料中，淬火处理改变了晶粒大小及晶向排列，从而提高了材料的强度和硬度。而尚未有研究将“淬火”处理(将材料从高温到低温处理)应用于提高植物源性蛋白材料中。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，将植物源性蛋白电纺丝粉末与植物源性蛋白粉末混合，模压成型，然后真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架，其压缩性能相比于纯的植物源性蛋白支架有显著提高。
在上述制备过程中，进行模压成型前还可以加入致孔剂，所述致孔剂为氯化钠、甘露醇、山梨醇、乳糖或麦芽糖，优选甘露醇，所述致孔剂与粉末的质量比为10:0-1:10，使用的致孔剂为原料或重结晶后的致孔剂。模压成型后通过常温水浸泡去除致孔剂。
还可以进一步通过“淬火”的方法处理滤出致孔剂后的支架，其压缩性能、拉伸性能、弯曲性能相对于未“淬火”的支架有显著提高，采用以下步骤：将植物源性蛋白粉末模压成型后置于高温恒温水浴中处理一段时间，紧接着置于零度或零度以下低温处理一段时间，真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架。
在上述制备过程中，进行模压成型前还可以加入致孔剂，所述致孔剂为氯化钠、甘露醇、山梨醇、乳糖或麦芽糖，优选甘露醇，所述致孔剂与粉末的质量比为10:0-1:10，使用的致孔剂为原料或重结晶后的致孔剂。模压成型后通过恒温水浴法去除致孔剂。
所述植物源性蛋白为小麦、大麦、大豆、高粱、米、裸麦、燕麦或玉米醇溶蛋白，优选玉米醇溶蛋白。
模压成型控制压力为5-20MPa，保压时间为5-25min。
植物源性蛋白电纺丝粉末采用以下方法制备得到：
(1)通过静电纺丝机将植物源性蛋白溶液纺成植物源性蛋白电纺丝纤维膜并利用滚轮收集，然后将薄膜剪碎，恒温干燥保存；
(2)在液氮研磨条件下，将得到的植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片研磨成粉末，恒温干燥保存。
步骤(1)中所述植物源性蛋白溶液为小麦、大麦、大豆、高粱、米、裸麦、燕麦或玉米醇溶蛋白的乙酸溶液，浓度为20％-60w/v％，静电纺丝时控制电压为2.7-3.0kV、推进速度为0.5-2.0mL/h，采用覆盖有锡纸的滚轮收集植物源性蛋白电纺丝纤维膜，滚轮转速控制为10-100rpm，恒温干燥控制温度为25-40℃保温8-24h，优选37-40℃，
步骤(2)将植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片在-20℃下预冷0-1h，然后加入液氮研磨1-10min，优选3-5min。
所述植物源性蛋白电纺丝粉末与植物源性蛋白粉末的质量比为1:10-10:1，优选1:5-8:1。
常温水浸泡去除致孔剂采用以下步骤：将产物置于常温水浴中，前10h每隔两小时更换一次水，之后每隔6-8h换一次水，沥滤时间为48-72h，至少换水7次。
恒温水浴法去除致孔剂采用以下步骤：将产物置于50-60℃水浴中恒温水浴4-6h，然后在常温下，每隔8-12h换水一次，至少换水4次；
高温恒温水浴处理采用以下步骤：控制水温为50-98℃，水浴处理5-60min；
低温处理采用以下步骤：控制温度为液氮(-196℃)至0℃，处理5-30min。本发明采用的是植物源性蛋白电纺丝纤维作为增强剂和“淬火”处理操作，没有额外添加任何外源物，除去致孔剂后，整个支架都是植物源性蛋白材料，这保证了支架材料的均一性、稳定性。本发明采用的原料来源广泛、价格低廉、工艺要求低，适合作为骨组织工程材料。
由于植物源性蛋白电纺丝纤维膜质轻、粘弹性强，用传统的破碎方法，如球磨法无法将其粉碎。利用低温会使材料变“脆”的这一特性，本发明采用液氮研磨法可以将植物源性蛋白电纺丝纤维膜研磨成粉末，而不会引入外物、破坏其结构。
本发明采用的常温水浸泡的方法可以不仅可以将致孔剂去除，同时，也可以保证纤维结构的存在。
本发明中采用的压缩测试标准，按照GB/T 7314-2005进行，压缩参数为：压缩速度为1.0mm/min，定位移为4mm结束，接口力为5N。压缩强度取压缩形变量为20％时对应的压缩强度值。压缩模量取初始应力-应变曲线的线性变化阶段的斜率值。本发明采用的拉伸测试标准，按照GB/T228.1-2010执行，拉伸参数：拉伸速度为0.5mm/min，样品标距为15mm。拉伸强度取最大拉伸强度值。本发明中采用的弯曲测试标准，按照GB T232-2010执行，弯曲参数：跨距为10mm，速度为0.5mm/min。
本发明制备的添加植物源性蛋白纤维的支架，相比于对照组(不加纤维)力学性能大大提高。所得的植物源性蛋白纤维强化的支架最大压缩强度为：12.10MPa，最大压缩模量为94.91MPa。孔隙率可从63.38％至69.98％。不添加纤维的支架压缩强度仅为2.62MPa，压缩模量为18.57MPa.实验组和对照组由于脆性大，无法获得相应的拉伸性能和弯曲性能结果。通过“淬火”处理后的植物源性蛋白支架压缩强度提高9％-20％，拉伸强度提高25％-50％，弯曲强度提高9％-40％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，将植物源性蛋白电纺丝粉末与植物源性蛋白粉末混合，另外还可以进一步加入致孔剂，模压成型，然后通过常温水浸泡去除致孔剂，真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架，其压缩性能相比于纯的植物源性蛋白支架有显著提高，具体可以采用以下步骤：
(1)将植物源性蛋白电纺丝粉末与植物源性蛋白粉末按质量比为1:10-10:1混合，可以进一步加入致孔剂，采用的致孔剂为氯化钠、甘露醇、山梨醇、乳糖或麦芽糖，优选甘露醇，致孔剂与混合粉末的质量比为10:0-1:10，使用的致孔剂为原料或重结晶后的致孔剂，然后控制压力为5-20MPa，保压5-25min进行模压成型；
(2)如果加入了致孔剂，首先通过常温水浸泡去除致孔剂，浸泡时将上述产物置于常温水浴中，水的体积为500-1000mL，使致孔剂溶于水而从支架中除去，前10h每隔两小时更换一次水，之后每隔6-8h换一次水，沥滤时间为48-72h，至少换水7次，然后真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架。
上述方法中所使用的植物源性蛋白电纺丝粉末采用以下方法制备得到：
(1)通过静电纺丝机将浓度为20％-60w/v％的小麦、大麦、大豆、高粱、米、裸麦、燕麦或玉米醇溶蛋白的乙酸溶液纺成植物源性蛋白电纺丝纤维膜并采用覆盖有锡纸的滚轮收集植物源性蛋白电纺丝纤维膜，滚轮转速控制为10-100rpm，静电纺丝时控制电压为2.7-3.0kV、推进速度为0.5-2.0mL/h，用灭菌过的剪刀将薄膜剪碎，在25-40℃的条件下保温8-24h，通过上述恒温干燥处理保存并除去水蒸气、乙酸；
(2)将植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片放入陶瓷研钵或玛瑙研钵内，在-20℃冰箱内预冷0-1h，然后取出加入液氮，用研磨棒研磨1-10min在液氮研磨条件下，将得到的植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片研磨成粉末，在恒温干燥保存以除去水蒸气。
除了采用上述方法之外，还可以进一步通过“淬火”的方法处理滤出致孔剂后的支架，其压缩性能、拉伸性能、弯曲性能相对于未“淬火”的支架有显著提高，采用以下步骤：将植物源性蛋白粉末与致孔剂均匀混合，或者不加入致孔剂，致孔剂与粉末的质量比为10:0-1:10，控制压力为5-20MPa，保压5-25min进行模压成型，如果加入了致孔剂，在模压成型后通过恒温水浴法去除致孔剂，方法是将产物置于50-60℃水浴中恒温水浴4-6h，然后在常温下，每隔8-12h换水一次，至少换水4次，然后置于水温为50-98℃的水浴中进行高温恒温处理5-60min，紧接着置于液氮(-196℃)至0℃的环境中低温处理5-30min，真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架。“淬火”后的植物源性蛋白支架压缩强度提高9％-20％，拉伸强度提高25％-50％，弯曲强度提高9％-40％。
以下是更加详细的实施例方案。
实施例1
用乙酸配制30％(w/v)的玉米醇溶蛋白溶液，在电压为3.0kV，推进速度为1.0mL/h，滚轮速度为50rpm电纺丝参数条件下，纺出玉米醇溶蛋白电纺丝纤维膜。将纤维膜揭下，用灭菌过的剪刀剪碎，于37℃的恒温干燥箱内保存12h，除去水蒸气、乙酸。称取0.38g干燥的玉米醇溶蛋白电纺丝纤维块于陶瓷研钵内，不预冷，加入液氮，研磨5min。收集研磨后的粉末，于37℃的恒温干燥箱内保存12h，除去水蒸气。对粉末进行喷金、扫面电镜观察、拍照，然后利用Image-Pro、Origin-Pro分析后发现，研磨后的纤维直径为1.28±0.28μm，长度为7.21±3.42μm。
实施例2
用乙酸配制30％(w/v)的玉米醇溶蛋白溶液，在电压为3.0kV，推进速度为1.0mL/h，滚轮速度为50rpm电纺丝参数条件下，纺出玉米醇溶蛋白电纺丝纤维膜。将纤维膜揭下，用灭菌过的剪刀剪碎，于37℃的恒温干燥箱内保存12h，除去水蒸气、乙酸。称取0.38g干燥的玉米醇溶蛋白电纺丝纤维块于陶瓷研钵内，在-20℃的冰箱内预冷30min。然后取出，加入液氮，研磨5min。收集研磨后的粉末，于37℃的恒温干燥箱内保存12h，除去水蒸气。对粉末进行喷金、扫面电镜观察、拍照，然后利用Image-Pro、Origin-Pro分析后发现，研磨后的纤维直径为1.47±0.39μm，长度为5.50±3.34μm。
实施例3
用乙酸配制30％(w/v)的玉米醇溶蛋白溶液，在电压为3.0kV，推进速度为1.0mL/h，滚轮速度为50rpm电纺丝参数条件下，纺出玉米醇溶蛋白电纺丝纤维膜。将纤维膜揭下，用灭菌过的剪刀剪碎，于37℃的恒温干燥箱内保存12h，除去水蒸气、乙酸。称取0.10g干燥的玉米醇溶蛋白电纺丝纤维块于陶瓷研钵内，不预冷，加入液氮，研磨3min。收集研磨后的粉末，于37℃的恒温干燥箱内保存12h，除去水蒸气。对粉末进行喷金、扫面电镜观察、拍照，然后利用Image-Pro、Origin-Pro分析后发现，研磨后的纤维直径为1.21±0.61μm，长度为4.26±2.07μm。
实施例4
按照实例1的方案，得到足量的玉米醇溶蛋白电纺丝纤维粉末。将玉米醇溶蛋白电纺丝纤维粉末与玉米醇溶蛋白粉末按1：1的质量比混匀，然后再以甘露醇为致孔剂与混合后的玉米醇溶蛋白粉末按质量比3：2的质量比混匀。取0.35g混合粉，以15MPa、10min的压制条件模压成型。在支架成型后，将支架置于常温水浴中，蒸馏水的体积为1000mL，前10个小时每隔2h更换一次水，之后每隔6h换一次水，沥滤时间为48h。再经真空泵，在常温下干燥18h即可得到玉米醇溶蛋白电纺丝纤维强化三维支架。制备好的样品采用Zwick材料万能试验机进行力学性能测试和气体排出法进行孔隙率测试。玉米醇溶蛋白电纺丝纤维强化三维支架的压缩强度和压缩模量分别达到7.86MPa和60.97MPa。支架的孔隙率达到69.98％。
实施例5
按照实例1的方案，得到足量的玉米醇溶蛋白电纺丝纤维粉末。按照实例1的方案，得到足量的玉米醇溶蛋白电纺丝纤维粉末。将玉米醇溶蛋白电纺丝纤维粉末与玉米醇溶蛋白粉末按4：3的质量比混匀，然后再以甘露醇为致孔剂与混合后的玉米醇溶蛋白粉末按质量比3：2的质量比混匀。取0.35g混合粉，以15MPa、10min的压制条件模压成型。在支架成型后，将支架置于常温水浴中，蒸馏水的体积为1000mL，前10个小时每隔2h更换一次水，之后每隔6h换一次水，沥滤时间为48h。再经真空泵，在常温下干燥18h即可得到玉米醇溶蛋白电纺丝纤维强化三维支架。制备好的样品采用Zwick材料万能试验机进行力学性能测试和气体排出法进行孔隙率测试。玉米醇溶蛋白电纺丝纤维强化三维支架的压缩强度和压缩模量分别达到10.29MPa和77.51MPa。支架的孔隙率达到64.90％。
实施例6
按照实例1的方案，得到足量的玉米醇溶蛋白电纺丝纤维粉末。按照实例1的方案，得到足量的玉米醇溶蛋白电纺丝纤维粉末。将玉米醇溶蛋白电纺丝纤维粉末与玉米醇溶蛋白粉末按1：0的质量比混匀，然后再以甘露醇为致孔剂与混合后的玉米醇溶蛋白粉末按质量比3：2的质量比混匀。取0.35g混合粉，以15MPa、10min的压制条件模压成型。在支架成型后，将支架置于常温水浴中，蒸馏水的体积为1000mL，前10个小时每隔2h更换一次水，之后每隔6h换一次水，沥滤时间为48h。再经真空泵，在常温下干燥18h即可得到玉米醇溶蛋白电纺丝纤维强化三维支架。制备好的样品采用Zwick材料万能试验机进行力学性能测试和气体排出法进行孔隙率测试。玉米醇溶蛋白电纺丝纤维强化三维支架的压缩强度和压缩模量分别达到12.10MPa和94.91MPa。支架的孔隙率达到63.38％。
实施例7
将玉米醇溶蛋白电纺丝纤维粉末与玉米醇溶蛋白粉末按0：1的质量比混匀，然后再以甘露醇为致孔剂与混合后的玉米醇溶蛋白粉末按质量比3：2的质量比混匀。取0.35g混合粉，以15MPa、10min的压制条件模压成型。在支架成型后，将支架置于常温水浴中，蒸馏水的体积为1000mL，前10个小时每隔2h更换一次水，之后每隔6h换一次水，沥滤时间为48h。再经真空泵，在常温下干燥18h即可得到玉米醇溶蛋白电纺丝纤维强化三维支架。制备好的样品采用Zwick材料万能试验机进行力学性能测试和气体排出法进行孔隙率测试。玉米醇溶蛋白电纺丝纤维强化三维支架的压缩强度和压缩模量分别达到2.62MPa和18.57MPa。支架的孔隙率达到78.60％。
实施例9
将玉米醇溶蛋白粉末与甘露醇致孔剂均匀混合，甘露醇含量为39％(w/w)。取0.80g混合粉，以15MPa、10min的压制条件模压成型。在支架成型后，将支架置于55℃恒温水浴中，蒸馏水的体积为1000mL，恒温水浴4之后，常温下每隔12h换一次水，沥滤时间为48h。85℃恒温水浴处理10min，随即立刻加入冰水浴中处理10min。最后经真空泵，在常温下干燥18h即可得到“淬火后”玉米醇溶蛋白三维支架。制备好的样品采用Zwick材料万能试验机进行力学性能测试和气体排出法进行孔隙率测试。未“淬火”的支架拉伸强度为7.01MPa，孔隙率为56.32％；“淬火”后的支架拉伸强度为8.65MPa，孔隙率为56.53％。
实施例10
将玉米醇溶蛋白粉末与甘露醇致孔剂均匀混合，甘露醇含量为39％(w/w)。取1.20g混合粉，以10MPa、双面压制(正面5min，反面10min)的压制条件模压成型。在支架成型后，将支架置于55℃恒温水浴中，蒸馏水的体积为1000mL，恒温水浴4之后，常温下每隔12h换一次水，沥滤时间为48h。85℃恒温水浴处理10min，随即立刻加入冰水浴中处理10min。最后经真空泵，在常温下干燥18h即可得到“淬火后”玉米醇溶蛋白三维支架。制备好的样品采用Zwick材料万能试验机进行力学性能测试和气体排出法进行孔隙率测试。未“淬火”的支架弯曲强度为13.03MPa，孔隙率为53.28％；“淬火”后的支架弯曲强度为17.50MPa，孔隙率为52.29％。
实施例11
增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，通过静电纺丝技术得到微-纳尺度的植物源性蛋白纤维，然后将纤维粉碎与植物源性蛋白粉末混合，模压成型制备出植物源性蛋白纤维强化的支架，其压缩性能相比于纯的植物源性蛋白支架有显著提高，具体采用以下步骤：
(1)通过静电纺丝机将浓度为20w/v％的小麦乙酸溶液纺成植物源性蛋白电纺丝纤维膜并采用覆盖有锡纸的滚轮收集植物源性蛋白电纺丝纤维膜，在进行纤维膜收集时控制滚轮转速为10rpm，静电纺丝时控制电压为2.7kV、推进速度为0.5mL/h，用灭菌过的剪刀将薄膜剪碎，在25℃的条件下保温24h，通过上述恒温干燥处理保存并除去水蒸气、乙酸；
(2)将植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片放入陶瓷研钵或玛瑙研钵内，加入液氮，用研磨棒研磨1min，将得到的植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片研磨成粉末，在恒温干燥保存以除去水蒸气；
(3)将得到的植物源性蛋白电纺丝粉末与植物源性蛋白粉末按质量比为1:10混合，然后控制压力为5MPa，保压25min进行模压成型；
(4)真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架。
实施例12
增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，采用以下步骤：
(1)通过静电纺丝机将浓度为30w/v％的玉米醇溶蛋白的乙酸溶液纺成植物源性蛋白电纺丝纤维膜并采用覆盖有锡纸的滚轮收集植物源性蛋白电纺丝纤维膜，收集时控制滚轮转速为20rpm，静电纺丝时控制电压为2.8kV、推进速度为1.0mL/h，用灭菌过的剪刀将薄膜剪碎，在37℃的条件下保温18h，通过上述恒温干燥处理保存并除去水蒸气、乙酸；
(2)将植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片放入陶瓷研钵或玛瑙研钵内，在-20℃冰箱内预冷0.5h，然后取出加入液氮，用研磨棒研磨3min，将得到的植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片研磨成粉末，在恒温干燥保存以除去水蒸气；
(3)将得到的植物源性蛋白电纺丝粉末与植物源性蛋白粉末按质量比为1:5混合，加入甘露醇作为致孔剂，致孔剂与混合粉末的质量比为5:1，然后控制压力为15MPa，保压20min进行模压成型；
(4)通过常温水浸泡去除致孔剂，浸泡时将上述产物置于常温水浴中，水的体积为500mL，使致孔剂溶于水而从支架中除去，前10h每隔两小时更换一次水，之后每隔7h换一次水，沥滤时间为60h，至少换水7次，然后真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架。
实施例13
增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，采用以下步骤：
(1)通过静电纺丝机将浓度为40w/v％的高粱的乙酸溶液纺成植物源性蛋白电纺丝纤维膜并采用覆盖有锡纸的滚轮收集植物源性蛋白电纺丝纤维膜，收集时控制滚轮转速为50rpm，静电纺丝时控制电压为3.0kV、推进速度为1.5mL/h，用灭菌过的剪刀将薄膜剪碎，在30℃的条件下保温12h，通过上述恒温干燥处理保存并除去水蒸气、乙酸；
(2)将植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片放入陶瓷研钵或玛瑙研钵内，在-20℃冰箱内预冷1h，然后取出加入液氮，用研磨棒研磨5min在液氮研磨条件下，将得到的植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片研磨成粉末，在恒温干燥保存以除去水蒸气；
(3)将得到的植物源性蛋白电纺丝粉末与植物源性蛋白粉末按质量比为8:1混合，加入麦芽糖作为致孔剂，致孔剂与混合粉末的质量比为1:5，使然后控制压力为15MPa，保压10min进行模压成型；
(4)通过常温水浸泡去除致孔剂，浸泡时将上述产物置于常温水浴中，水的体积为1000mL，使致孔剂溶于水而从支架中除去，前10h每隔两小时更换一次水，之后每隔8h换一次水，沥滤时间为72h，至少换水7次，然后真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架。
实施例14
增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，采用以下步骤：
(1)通过静电纺丝机将浓度为60w/v％的裸麦的乙酸溶液纺成植物源性蛋白电纺丝纤维膜并采用覆盖有锡纸的滚轮收集植物源性蛋白电纺丝纤维膜，收集时控制滚轮转速为100rpm，静电纺丝时控制电压为3.0kV、推进速度为2.0mL/h，用灭菌过的剪刀将薄膜剪碎，在40℃的条件下保温8h，通过上述恒温干燥处理保存并除去水蒸气、乙酸；
(2)将植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片放入陶瓷研钵或玛瑙研钵内，在-20℃冰箱内预冷1h，然后取出加入液氮，用研磨棒研磨10min，将得到的植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片研磨成粉末，在恒温干燥保存以除去水蒸气；
(3)将得到的植物源性蛋白电纺丝粉末与植物源性蛋白粉末按质量比为10:1混合，加入山梨醇作为致孔剂，致孔剂与混合粉末的质量比为1:10，使用的致孔剂为原料或重结晶后的致孔剂，然后控制压力为20MPa，保压5min进行模压成型；
(4)通过常温水浸泡去除致孔剂，浸泡时将上述产物置于常温水浴中，水的体积为1000mL，使致孔剂溶于水而从支架中除去，前10h每隔两小时更换一次水，之后每隔8h换一次水，沥滤时间为48h，至少换水7次，然后真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架。
实施例15
增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，通过“淬火”的方法处理滤出致孔剂后的支架，其压缩性能、拉伸性能、弯曲性能相对于未“淬火”的支架有显著提高，采用以下步骤：将小麦蛋白粉末在压力为5MPa，保压25min进行模压成型，然后置于0℃的环境中低温处理30min，真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架。“淬火”后的植物源性蛋白支架压缩强度提高9％-20％，拉伸强度提高25％-50％，弯曲强度提高9％-40％。
实施例16
增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，通过“淬火”的方法处理滤出致孔剂后的支架，采用以下步骤：将燕麦蛋白粉末与致孔剂麦芽糖均匀混合，致孔剂与燕麦蛋白粉末的质量比为1:10，控制压力为20MPa，保压5min进行模压成型，模压成型后通过恒温水浴法去除致孔剂，该方法是将产物置于60℃水浴中恒温水浴4h，然后在常温下，每隔12h换水一次，至少换水4次，然后置于水温为98℃的水浴中进行高温恒温处理5min，紧接着置于-196℃的液氮环境中低温处理5min，真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架。“淬火”后的植物源性蛋白支架压缩强度提高9％-20％，拉伸强度提高25％-50％，弯曲强度提高9％-40％。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (17)

1.增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：
将植物源性蛋白电纺丝粉末与植物源性蛋白粉末混合，模压成型，然后真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架；所述植物源性蛋白电纺丝粉末与植物源性蛋白粉末的质量比为1:10-10:1；所述的植物源性蛋白电纺丝粉末是将通过电纺丝技术得到的微-纳尺度的植物源性蛋白纤维粉碎而得到。
2.根据权利要求1所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，所述植物源性蛋白为小麦、大麦、大豆、高粱、米、裸麦、燕麦或玉米醇溶蛋白。
3.根据权利要求2所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，所述植物源性蛋白为玉米醇溶蛋白。
4.根据权利要求1所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，模压成型前还加入致孔剂，所述致孔剂为氯化钠、甘露醇、山梨醇、乳糖或麦芽糖，所述致孔剂与粉末的质量比为10:2-1:10，模压成型后通过常温水浸泡去除致孔剂。
5.根据权利要求4所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，所述致孔剂为甘露醇。
6.根据权利要求1所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，模压成型控制压力为5-20 MPa，保压时间为5-25 min。
7.根据权利要求1所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，所述植物源性蛋白电纺丝粉末采用以下方法制备得到：
（1）通过静电纺丝机将植物源性蛋白溶液纺成植物源性蛋白电纺丝纤维膜并利用滚轮收集，然后将薄膜剪碎，恒温干燥保存；
（2）在液氮研磨条件下，将得到的植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片研磨成粉末，恒温干燥保存；
步骤（1）中所述植物源性蛋白溶液为小麦、大麦、大豆、高粱、米、裸麦、燕麦或玉米醇溶蛋白的乙酸溶液，浓度为20%-60w/v%，静电纺丝时控制电压为2.7-3.0 kV、推进速度为0.5-2.0 mL/h，采用覆盖有锡纸的滚轮收集植物源性蛋白电纺丝纤维膜，滚轮转速控制为10-100rpm，恒温干燥控制温度为25-40℃保温8-24h，
步骤（2）将植物源性蛋白电纺丝薄膜碎片在-20℃下预冷0-1h，然后加入液氮研磨1-10min。
8.根据权利要求7所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，步骤（1）中恒温干燥控制温度为37-40℃；步骤（2）加入液氮研磨3-5min。
9.根据权利要求1所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，所述植物源性蛋白电纺丝粉末与植物源性蛋白粉末的质量比为1:5-8:1。
10.根据权利要求4所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，通过常温水浸泡去除致孔剂采用以下步骤：将产物置于常温水浴中，前10 h每隔两小时更换一次水，之后每隔6-8 h换一次水，沥滤时间为48-72 h，至少换水7次。
11.增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：将植物源性蛋白粉末模压成型，然后置于高温恒温水浴中处理一段时间，紧接着置于零度或零度以下低温处理一段时间，真空抽干支架，制备得到植物源性蛋白纤维强化支架；
高温恒温水浴处理采用以下步骤：控制水温为50-98℃，水浴处理5-60min；
低温处理采用以下步骤：控制温度为-196℃的液氮至0℃，处理5-30min。
12.根据权利要求11所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，所述植物源性蛋白为小麦、大麦、大豆、高粱、米、裸麦、燕麦或玉米醇溶蛋白。
13.根据权利要求12所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，所述植物源性蛋白为玉米醇溶蛋白。
14.根据权利要求11所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，模压成型前还加入致孔剂，所述致孔剂为氯化钠、甘露醇、山梨醇、乳糖或麦芽糖，所述致孔剂与粉末的质量比为39:61-1:10，模压成型后通过恒温水浴法去除致孔剂。
15.根据权利要求14所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，所述致孔剂为甘露醇。
16.根据权利要求11所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，模压成型控制压力为5-20 MPa，保压时间为5-25 min。
17.根据权利要求14所述的增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，其特征在于，通过恒温水浴法去除致孔剂采用以下步骤：将产物置于50-60℃水浴中恒温水浴4-6h，然后在常温下，每隔8-12 h换水一次，至少换水4次。
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